Question

(14分)2013年初，霧霾天氣多次肆虐天津、北京等地區。其中，燃煤和汽車尾氣是
造成空氣污染的原因之一。
(l)汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g)△H <0
①該反應平衡常數表達式____________________________
②若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t₁時刻達到平衡狀態的是________________（填代號）。

（2）直接排放煤燃燒產生的煙氣會引起嚴重的環境問題。煤燃燒產生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。
已知：CH₄(g)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g)　△H＝－867 kJ/mol        ①
2NO₂(g)N₂O₄(g)  △H＝－56.9 kJ/mol         ②
H₂O(g)＝H₂O(l)   △H＝－44.0 kJ/mol            ③
寫出CH₄催化還原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O（1）的熱化學方程式：_____________________。
（3）甲烷燃料電池可以提升能量利用率。下圖是利用甲烷燃料電池電解100mLlmol/L食鹽水，電解一段時間后，收集到標準狀況下的氫氣2.24L（設電解后溶液體積不變）．

①甲烷燃料電池的負極反應式：______________________________________.
②電解后溶液的pH=____（忽略氯氣與氫氧化鈉溶液反應）
③陽極產生氣體的體積在標準狀況下是________L

Answer 1

（14分）
（1）①K=c²(CO₂)·c(N₂)
c²(NO)c²(CO)     （2分）
②bd（2分）
（2）N₂O₄(g)+CH₄(g)=N₂(g)+2H₂O（l）+CO₂(g) △H=－898.1kJ/mol（3分）
（3）①CH₄-8e^-+2H₂O= CO₂+8 H⁺  （2分）
②14 （2分）
③1.68（3分）

試題分析：（1）①根據化學平衡常數的定義得該反應的K= c²(CO₂)·c(N₂)
c²(NO)c²(CO)
②圖a中t₁時刻說明正反應速率最大，因為該反應為放熱反應，容器為絕熱容器，所以開始時相當于給體系升溫，溫度升高，反應速率加快，但同時升溫不利于正反應的進行，所以正反應速率后來又逐漸減小，當正反應速率不再變化時說明達平衡狀態，因此t₁時刻未達到平衡狀態；b圖，因為該反應為放熱反應，容器為絕熱容器，所以開始時相當于給體系升溫，溫度升高，有利于反應逆向進行，K值減小，達平衡時K不再減小，正確；c圖中t₁時刻的一氧化碳和二氧化碳的物質的量相等，不能說明t₁時刻達到平衡狀態；d圖中t₁時刻NO的質量分數不再變化，說明已達平衡狀態，正確，答案選bd。
（2）根據蓋斯定律，目標方程式=①-②+2×③，所以CH₄催化還原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(l)的熱化學方程式為N₂O₄(g)+CH₄(g)=N₂(g)+2H₂O（l）+CO₂(g) △H=－898.1kJ/mol
（3）①燃料電池中的負極是燃料發生氧化反應，所以該燃料電池的負極反應式為
CH₄-8e^-+2H₂O= CO₂+8 H⁺
②食鹽水中的Cl^-的物質的量是0.1mol，若按電解食鹽水的化學方程式中2NaOH～H₂～Cl₂，當生成0.1mol氫氣時，應生成0.1mol氯氣，與題意不符，所以電解食鹽水開始是Cl^-和H⁺放電，Cl^-放電完畢后是OH^－放電，因此溶液中氫氧化鈉的物質的量為0.05mol×2=0.1mol，所以
c(OH^－)=0.1mol/0.1L=1mol/L，溶液pH=14；
③根據②的分析，陽極產生0.05mol的氯氣和0.025mol的氧氣，所以標準狀況下的體積是1.68L。